2018年9月27日19點，科學前沿進展名家系列講座Ⅲ第160講在中國科學院大學玉泉路校區階一4教室開講。中國科學院生態環境研究中心的劉倩老師深入淺出地為我們講解了有關「環境中的顆粒汙染物」的知識。
劉老師從2016年《PNAS》中一篇關於「人腦中的磁鐵納米顆粒」的文章開篇。通過研究人的大腦樣本，研究人員發現了四氧化三鐵的納米顆粒。這個發現並不驚人，因為我們已經了解到正是這種顆粒的存在讓我們能辨識方向。但是不同於生物礦化產生的有光滑邊緣的晶體，他們報導了一種特殊的不規則的磁性納米顆粒。通過形貌比較，我們可以發現這是在高溫條件下產生的，與煤工廠的磁性納米顆粒相似。但是大腦的自我保護意識很強，會將外界好的和壞的物質都隔絕開。那這種納米磁性顆粒是怎樣進入人類大腦的呢？劉老師介紹人的大腦有一個「後門」——鼻腔，其中的神經觸手用於產生「嗅覺」，但是當它受損時，顆粒物就可以經由它直接進入大腦。
劉老師介紹這就引出了研究顆粒汙染物時幾個基本的問題：如果人體中有顆粒物，它從何而來？如果從外界而來，它與人類疾病有關嗎？如果有關，這個疾病周期是多久？而我們今天談到的環境細顆粒汙染物分為大氣PM2.5和人工納米顆粒物。
劉老師介紹到粒子尺寸與其在人體中所能達到的位置密切相關：PM10可以進入人體下呼吸道，PM2.5可以進入人體肺部，而PM1可以進入血液。而要徹底解決PM2.5的問題，劉老師介紹，我們必須進行「霧霾三部曲」——源解析、毒理與健康、控制與應對。國內研究分析霧霾來源在分類上大同小異，但是各來源佔比存在爭議。APEC藍表明我們採取正確有力的措施，就可以有效地控制及應對霧霾問題，但是停止一系列社會活動並非長期之道。而國內，「毒理與健康」是缺失的一環，需要開展大量研究。現有細顆粒毒性研究方法存在明顯的缺陷，對細顆粒毒性的分子機理認識也不足。
劉老師介紹，納米顆粒物雖然在質量上只佔據了PM2.5的一小部分，但在數目上佔據了PM2.5的大部分。研究納米的原因可以追溯到兩句話：There is plenty of room at the bottom. Small is different. Very small is very different.這樣的研究是有益的。「水面清圓，一一風荷舉」是由於荷葉表面有疏水蠟質和三維納米結構，這種納米結構非常粗糙，可以容納空氣分子。師法自然，仿照這種結構製作的衣物基本不用清洗。水蠅可以「輕功水上漂」，一是因為它身體很輕，二是其腿上有很多空腔可以容納空氣，使其在水面如履平地，仿照這種結構就可以製作水面行走的機器人。
納米材料還有很多其他應用範圍：優良的羽毛球拍採用納米材料增強機械強度並保持輕便；銀可以使生物酶失活，具有殺菌作用，納米銀保留了這種作用而且可以降低成本；磁性納米材料可以載藥，在體內病灶處放置磁鐵；磁性納米材料在水體處理中也有很好的應用前景；量子點粒徑不同顏色不同，是電視生產中最先進的顏色技術……但是，劉老師提出，根據辯證關係，納米材料就真的安全嗎？研究表明，納米材料與我們的皮膚親密接觸，對健康具有潛在危害。
最後，劉老師介紹痕量汙染物分析主要從定性、定量和溯源三方面進行研究，即環境中汙染物是什麼？有多少？從哪裡來？劉老師又具體解釋了如何對環境中納米顆粒物的來源進行區分。前文提及的關於「人腦中的磁鐵納米顆粒」的研究主要基於形貌鑑別和化學組分鑑別，但是可信度不高。我們怎樣獲知顆粒物的來源呢？我們可以通過指紋識別身份，同樣的，元素也有「指紋」——天然同位素的組成。這種組成一般相對穩定，但差別一般在千分之一量級，需要藉助靈敏的儀器。利用Si同位素研究可以發現，不同季節PM2.5來源不同，春冬季的Si同位素範圍比夏秋季更寬，這表明春冬季的來源更複雜，受燃煤、工業排放影響更大。同位素指紋研究門檻比較高，但是應用廣泛。在環境中的應用才剛剛起步，但是具有強大的生命力。講座即將結束，同學們提出了不少有意思的問題，劉老師也做了解答。講座結束，同學們爆發出熱烈的掌聲。
劉老師為同學們做精彩講座
報告人簡介：
劉倩：中國科學院生態環境研究中心研究員。主要研究方向：汙染物分析方法與溯源技術。科學貢獻：基於新型超痕量分析檢測技術，針對環境中的顆粒汙染物，開發出能夠甄別其來源、追蹤其行為、以及對其快速篩查鑑定的技術，為環境科學中顆粒汙染物的研究注入新的活力。
延伸閱讀：
「科學前沿進展名家系列講座」創辦於2014年9月，是中國科學院大學為本科生開設的必修課程，同時歡迎研究生與教職工參加，由中國科學院大學本科部主辦，講座召集人為徐濤院士。該課程按照數學、物理、化學等13個專業，邀請相關科學領域的院士等知名專家開展專題講座。通過講述科學故事、介紹相關學科方向的科學前沿進展，讓學生在本科階段了解不同學科的科研方向與主要進展，拓寬學生的學術視野，為他們最終選擇學科專業與專業方向提供豐富的判斷依據。